Name: 모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: 배우세요 액정 탄성체 및 나노 복합 재료 제조 방법을 저비용 실험실 환경에서. 이 기술은 조직 공학 및 심근 세포 배양을 위한 형태 반응성 기판 개발에 활용됩니다.

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이 작품은 국립 경력 재단 (RV에 CBET-1336073), ACS 석유 연구 기금 (RV에 52345-DN17), 미국 심장 협회 (JGJ에 BGIA), 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (경력에 의해 지원되었다 CBET-1055942에 JGJ), 건강 / 국립 심장, 폐 및 혈액 연구소 JGJ에 (1R21HL110330), 루이와 복숭아 오웬과 텍사스 아동 병원의 국립 연구소.

정렬 폴리실록산 LCEs 1. 합성 <ol><li> 무수 0.6 ml의 반응성 메소 겐 (4- 메 톡시 페닐 4- (3- 부 테닐 옥시) 벤조 에이트)의 166.23 ㎎, 폴리 (hydromethylsiloxane) 40 ㎎, 가교제 및 12.8 mg의 (1,4- 디 (10 undecenyloxybenzene) 30 수확기 작은 유리 병에 톨루엔 (직경 약 13 ㎜, 길이 100 ㎜) 교반 막대가 충전. 용해 25 분 동안 35 ℃에서 용액을 교반 하였다. </li><li> 별도의 바이 얼에서, 1 중량 %의 디클로로 (1,5- 시클로 옥타 디엔) 디클로로 메탄 -platinum (II) 촉매 용액을 제조 하였다. , 피펫을 통해 단계 1.1 시약에 촉매 용액 30 μl를 추가 혼합 교반 및 주문 제작 (3cm X 2cm X 1cm) 직사각형 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 금형에 솔루션을 붓는다. 처음 15 분 동안 거품을 제거하기 위해 주기적으로 진탕하면서 30 분 동안 60 ° C로 가열 한 오븐에서 유리 슬라이드와 장소 느슨하게 몰드 커버. </li><li> 가열 오븐 쿠에서 곰팡이를 제거작은 용기에 액체 질소를 주입하고 2 초 동안 액체 질소 PTFE 몰드의 바닥과 접촉하여 액체 질소 L. <ol><li> 혼합물을 냉각되면, 조심스럽게 금속 주걱을 사용하여 금형에서 엘라스토머를 제거하고 PTFE 시트의 상단에 배치합니다. 면도날을 사용 LCE의 가장자리 트리밍 세 개의 동일한 크기 (약. 2.7 cm 길이 및 0.5 cm 폭)로 그 길이를 따라 LCE 잘라. </li></ol></li><li> 수평 막대의 한쪽 끝에 각 조각을 끊고 LCE의 다른 쪽 끝 10 클립 (4.4 g)을 연결합니다. 테이프를 사용 장소에 LCE를 잡고 10 분 단위로 한 번에 클립 하나를 추가합니다. 길이와 균일 성 변화를 지적, 실온에서 7 일간 LCE을 끊습니다. 눈물이나 휴식 어떤 샘플을 폐기하십시오. 샘플을 제거하고 주변에 저장합니다. </li></ol> 전기 응답 폴리실록산의 LCE의 나노 복합 재료의 2. 준비 <ol><li> 를 통해 분산 된 카본 블랙 LCE 나노 복합 재료를 준비하려면위의 1.4 - 샘플의 대부분은, 첫 번째 반복 1.1 단계를 반복합니다. 반응성 메소 젠, 가교제, 실록산을 포함하는 반응 액에 4.38 mg의 카본 블랙 나노 입자를 추가한다. 5 클립 대신로드 10의 총을 사용합니다. </li><li> LCE 표면에 추가적인 카본 블랙의 나노 입자를 추가하기 위해서, 톨루엔, 카본 블랙 나노 w / v 용액 1 %를 준비한다. 20 분 동안 초음파 처리는 나노 입자를 분산 한 후 배양 접시에 부어 분산액. 6 시간 동안 나노 입자 분산 단계 2.1에서 LCEs을 담가. </li><li> 6 시간 후, 배양 접시에서 솔루션을 철회 피펫을 사용하고 엘라스토머는 공기에 건조 할 수 있습니다. 부드럽게 테이프 또는 면봉 표면에 과잉의 탄소 입자를 청소. </li></ol> 가역 에폭시 기반 LCEs 3. 준비 <ol><li> 4,4&#39;- diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg의 박산의 246.15 ㎎, 헥사 산의 71.6 ㎎, 및 카복시 종료 polydi 76 mg의 혼합주문 제작 (3cm X 2cm X 1cm) 직사각형 PT​​FE 금형에 메틸 실록산. 180 ℃에서 핫 플레이트 상에 배치하여 샘플을 가열한다. <ol><li> (1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] 데크 5 엔) 촉매의 11.48 mg을 추가하고 180 ℃로 예열 금속 핀셋을 사용하여 교반한다. 혼합물을 약 20 분 후, 겔이 형성 될 때까지 계속 반응시켜, 반응에 의해 생성 된 기포를 제거하기 위해 주기적으로 교반한다. </li></ol></li><li> 핫 플레이트에서 PTFE 보트를 제거하고 실온으로 냉각 할 수 있습니다. PTFE 금형에서 엘라스토머를 분리하기 위해 면도날을 사용합니다. </li><li> 180 ° C에서 고분자 언론에 두 PTFE 시트를 놓습니다. PTFE 시트 사이의 단계 3.2에서 엘라스토머를 배치하고, 0.3의 두께로 샘플을 압축 - 0.5 mm. 4 시간 동안 180 ℃에서 가열을 계속합니다. </li><li> RT에 샘플과 시원한를 제거합니다. 직사각형 조각 (약 2.5 cm 길이 0.5 cm 폭)에 샘플을 잘라. 가열 오븐 내부에 폴리이 미드 테이프를 사용하여 한 끝에서 샘플을 끊습니다. 12 파를 부착샘플의 자유 단 perclips (8.88 g). 16 시간 - 165 ° CO / N, 또는에 대한 12로 가열 오븐의 온도를 설정합니다. </li><li> 가열 오븐에서 엘라스토머를 제거 길이의 변화를주의. 다음 잔류 응력을 제거 RT로 다시 냉각 핫 플레이트에 80 ° C에 샘플을 가열. </li></ol> LCEs 4. 시험 및 특성 <ol><li> 카메라와 120 ° C에 열판 및 이미징에 샘플을 가열하여 가역적 인 변형을 측정합니다. 실온으로 다시 냉각 한 후 RT에서 초기 시료 길이 120 ° C까지 가열 한 후 시료의 길이 및 길이를 참고. LCEs은​​ 약 30 % 수축 및 냉각에 초기 길이로 반환해야합니다. 도 1a 및도 1b에 도시 된 예시적인 이미지를 참조. </li><li> 가열 / CO에서 150 ° C 0 ° C에서 각각 LCE 스캔으로부터 작은 조각을 절단하여 시차 주사 열량계 (DSC)에 의한 상 전이 온도 유리 전이 분석10 ° C의 속도를 oling / 32, 33 민. </li><li> X 선 회절 측정에 의해 액정 배향의 정도를 정량화. 2 차원 촬상 기능을 X 선 회절 장치에 넣어 샘플. 33은도 2에 도시 된 예 회절 이미지를 참조. 참고 회절상 이방성이어야 LCE (33)의 배향을 반영. 폴리실록산 LCEs은​​ 네마 에폭시 계 LCEs는 스 멕틱 상을 나타내고있다. </li><li> LCE 길이 변화를 측정 강성 및 동적 기계적 분석 (DMA)을 사용하여 폭. 기록 길이 LCEs 및 LCE 나노 복합체에 대한 전위의 함수로서 온도의 함수로서 강도 변화. <ol><li> 열 - 기계적 측정을 위해 수동으로 X 0.3 cm 2cm의 크기로 샘플을 잘라 면도날을 사용하여 조심스럽게 텐션 클램프 사이에 고정합니다. 느슨한 부분을 제거하기 위해 1 백만의 힘을 적용합니다. <ol><li> 열 30 ° C 형 FOLLO에서 샘플을 평형5 ° C / min으로 가열 및 냉각 사이클에 의해 결혼. 120 ° C에 30 ° C에서 열 샘플. 온도의 변화를 측정하는 동안 DMA 기록 샘플의 길이 및 폭의 변화를 생성한다. LCE 샘플의 열 기계적 측정도 3a를 참조하십시오. </li></ol></li><li> 전기 측정을 위해 직접 X 0.3 cm 2cm의 크기로 LCE 나노 복합 샘플을 잘라내어은 에폭시를 사용 LCE 나노 복합체의 양단 동선 접착제. 장력을 이용하여 LCE 나노 복합 1 백만 긴장 클램프 고정합니다. <ol><li> 범위의 전압에서 구리 와이어를 통해 전위를 적용 0 - 30 초 - 60 V, 60 Hz의 주파수 및 0.1 초에서부터 / 오프 펄스 구간에. </li><li> 전위에 응답하여 기록 모양으로 변경됩니다. 느슨 함을 제거하기 위해 1 백만의 고정 된 힘을 적용합니다. 클램프의 위치 변화는 샘플의 변화 모양에 대응한다. Figu보기LCE 나노 복합 시료의 전기 측정 3B 재. </li></ol></li></ol></li></ol> LCE 나노 복합 재료의 전기 자극을 통해 5 활성 세포 배양 <ol><li> 30 초 동안 산소 플라즈마에서 LCE 나노 복합 재료의 일면을 취급합니다. 스핀은 톨루엔 폴리스티렌의 용액 300 μl를 캐스팅 (승 / 1 % v)의 플라즈마 세정 표면의 상단에 1 분 동안 3,300 rpm에서. 톨루엔을 제거하고, 30 초간 산소 플라즈마를 이용 LCE 나노 복합체의 폴리스티렌 코팅 표면을 처리하기 위해 12 시간 동안 진공하에 건조 엘라스토머. </li><li> 표면을 소독하기 위해 30 분 동안 70 %의 에탄올 용액에 LCE 나노 복합 재료를 놓습니다. <ol><li> 인산염 완충 식염수 LCE 나노 복합체를 세척하고 폴리스티렌 코팅 된면이 위로 향하게하여 건조 페트리 접시에 LCE를 전송합니다. 래트 꼬리 콜라겐 타입 I 용액 (0.02 N 아세트산 중 50 ㎍ / ㎖) 5 ㎖에 침지 코팅 LCE의 전체 표면. LCE 없음을 품어적어도 30 분 동안 37 ° C에서 anocomposite 5 % CO 2. </li></ol></li><li> 신생아 쥐 심실의 심근 세포를 분리 이전 11보고 높은 혈청 도금 미디어에서 일시 중지합니다. <ol><li> / cm 2 600,000 세포 - LCE 기판 위에 세포 플레이트 100,000의 밀도로서 전술. 전후 24 시간 후, 저 혈청 유지 매체 (DMEM, M199 18.5 %, 5 % HS 1 % FBS와 항생제)에 세포를 옮긴다. 심근 4 일 동안 LCE의 표면에 부착 및 증식 할 수 있습니다. </li></ol></li><li> 디자인은 3 차원 프린터를 사용하여 제조사의 프로토콜을 사용하여도 4에 도시 된 용기의 개략도를 사용하여 사용자 용기를 제작. 참고 : 3D는 선박을 인쇄하는 것은 60mm X 40mm X 20mm와 50mm X 30mm X 15mm의 내부 차원의 외형 치수를 가진 직사각형 컨테이너입니다. 두 측면에서, 도전성 카본 봉을 삽입하는 데 사용 5mm 구멍 두 가지가있다. 골짜기컨테이너의 상단에 구멍 주위 최대 ES는 양쪽 끝에 자리에 LCE를 개최 사각형 플라스틱 조각 용기에서 (52.5 mm X 12mm X 4mm의 크기)를 배치 할 수 있습니다. 구멍 사이의 거리가 용기의 한쪽 3mm이고,도 4에 도시 된 바와 같이, 노치 구멍 주위에 위치된다. 이는 상술 LCE 기판의 크기와 호환되도록 설계된다. 재료 보충와 같이 전도성 탄소 막대는 상용 공급 업체를 통해 얻을 수있다. <ol><li> 선박에서 구멍을 통해 탄소 막대를 삽입하고 의료용 실리콘 접착제를 사용하여 장소에서 개최합니다. 접착 O의 /의 N을 치료. </li></ol></li><li> 세포 배양 유지 보수 매체와 전기 공급 장치에 연결 병렬 전도성 카본 봉으로 가득 사용자 정의 3D 인쇄 된 용기 심근으로 전송 LCE 나노 복합 재료. 탄소 막대에 걸쳐 LCE를 놓고 전기적 접촉을 보장하기 위해 한 끝에 수정. <ol><li> 하나 또는 양쪽 끝에서 장소에 LCE를 유지하지만, LCE 샘플을 통해 느슨하게이를 배치하는 3-D 용기의 홈을 통해 사각형 플라스틱 조각을 삽입합니다. 전기적으로 24 시간의 총 온 / 오프 시간 5 초와 40 V AC 전위의인가를 통해 LCE을 자극한다. </li></ol></li><li> 앞서 설명한 바와 같이 11 칼 세인 AM을 사용하여 살아있는 세포의 막 얼룩이. </li><li> 핵 염색을 위해, 거꾸로 형광 현미경 이미징 전에 설치 매체 DAPI이 함유로 세포를 다룹니다. 살아있는 세포의 개수를 세어 가장 적합 함수를 사용하여 셀의 배향 각을 결정하기를 ImageJ에 사용한다. </li></ol> 직접 난방을 사용 LCEs 6. 활성 세포 배양 <ol><li> 블랙 나노 입자를 첨가 탄소없이 순수한 LCE를 사용하여 위의 5.3 - 반복 5.1 단계를 반복합니다. 이 절차는 종래 공보에 상세하게 설명한다. (11) </li><li> 페트리 D에 심근과 LCE로 이동세포 배양 배지 및 유지 0.5 &quot;X 2&quot;캡톤 저항 히터 틱. 최소 24 시간 동안과 5 초 간격으로 열 떨어져 12 W. 사이클의 가열 힘으로 저항 히터를 돌려 LCE에 공급 열. </li></ol>

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단일 도메인 LCE를 생성하려면 가교 중에 LCE를 일축으로 로드해야 합니다. LCE는 부분적으로만 가교될 때 부하가 가해지기 때문에 기계적으로 견고하지 않고 쉽게 파손되거나 찢어질 수 있기 때문에 실제로 이는 어렵습니다. 위에서 설명한 절차(단계 1.1 - 1.4)는 단일 도메인 LCE를 일관되게 생성할 수 있습니다. 한 가지 중요한 단계는 적절한 시간에 로딩하기 위해 PTFE 금형에서 LCE를 제거하는 것입니다. LCE를 너무 빨리 제거하면 쉽게 파손되거나 찢어집니다. 반면에 로드하기 전에 너무 오래 기다리면 최종 LCE의 정렬이 제대로 이루어지지 않습니다. 또 다른 중요한 단계는 LCE의 로딩입니다. 너무 많은 무게를 적재하거나 무게를 너무 빨리 적재하면 샘플이 파손되거나 떨어질 수 있습니다. 프로토콜은 LCE를 정렬하기 위한 특정 부하를 제공했지만 더 크거나 두꺼운 LCE 샘플에 대해 부하를 조정할 수 있습니다. 절차의 중요한 한계는 정렬된 LCE의 연속적이고 대규모 생산입니다. 각 LCE 기판은 매달아 정렬되고 적재됩...

빠른 가역 및 프로그램 모양 변화를 나타낼 수있다 재료 새로운 응용 프로그램 1-9의 번호 바람직하다. 모양 응답 스텐트는 상처 치유 및 치료 7 지원할 수 있습니다. 인공 로봇 탐사 또는 유해하거나 인간 (10)에 대한 안전하지 환경에서 작업을 수행하는데 도움이 될 수 있습니다. 모양 응답 탄성 중합체 세포 활성 환경에서 배양하는 활성 세포 배양에 사용하기에 바람직하다. 11-14 다른 응용 프로그램 포장, 감지 및 약물 전달을 포함한다. 액정 엘라스토머 (LCE)는 액정이 15 ~ 20 주문과 고분자 네트워크입니다. LCEs은​​ 메소 겐으로 알려진 액정 분자 유연한 고분자 네트워크를 결합하여 제조된다. LCEs의 응답은 메소 겐의 순서에 영향을 고분자 네트워크 균주 및 자극 액정 순서의 결합으로부터 유도되는 것 유전자속도의 네트워크 균주, 반대의 경우도 마찬가지. 외부 부하가없는 상태에서 크고 가역적 형상 변경을 달성하기 위해, 메소 겐은 LCE 단일 방향으로 정렬되어야한다. LCEs 작업에 일반적인 실제 문제는 LCEs을 모노 도메인 생성된다. 또 다른 과제는 직접 가열 이외의 자극에 반응하여 형상 변화를 발생한다. 이것은 LCE 네트워크를 21-28로 나노 입자 또는 염료의 추가를 통해 수행 할 수 있습니다. 여기, 우리는 모노 도메인 LCEs 및 LCE 나노 복합 재료의 제조를 보여줍니다. 먼저, 제 Kupfer 등에 의해보고 된 두 단계 방법을 사용하여 모노 도메인 LCEs의 제조를 보여준다. (29)이 여전히 어려울 수 샘플 사이의 균일 한 배향 및 일관성 모노 도메인 LCEs 제조되지만 달성하는 가장 인기있는 잘 알려진 방법 . 우리는 샘플링에 자세한 포함 용이 표준 실험실 장비를 사용하여 구현 될 수있는 방법을 보여취급 및 준비. 다음으로, 도전성 카본 블랙이 도전성 나노 입자, 전기적 응답 LCEs 생산 LCEs에 첨가 될 수있는 방법을 보여준다. 우리는 그 다음 에폭시 계 LCEs의 합성 및 정렬을 보여줍니다. 이들 물질은 교환 네트워크 결합을 나타내고 고온으로 가열하고 균일 한 하중을인가하여 배향 할 수있다. 모든 LCEs는 육안 샘플 영상, X 선 회절 측정 및 동적 기계적 분석을 특징으로한다. 마지막으로, 우리는 활성 세포 배양을위한 형상 반응 기판과 같은 LCEs의 하나의 잠재적 인 응용 프로그램을 보여줍니다.

<table><tbody><tr><td>4-메톡시페닐 4-(3-부테닐옥시)벤조에이</td>트 <td>TCI America</td><td>M2106</td><td>반응성 메조겐</td></tr><tr><td>폴리(메틸히드로실록산)</td><td>겔레스트</td><td>HMS-993</td><td>반응성 폴리실록산</td></tr><tr><td>1,4-디(10-운데세닐옥시벤젠)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>참조: Ali, S.A., Al-Muallem, H.A., Rahman, S. U. & Saeed, M. T. Bis-isoxazolidines: 산성 매체에서 연강의 새로운 종류의 부식 억제제. 부식 과학. 50 (11), 3070&ndash; 3077, doi : 10.1016 / j.corsci.2008.08.011 (2008)</td></tr> <tr><td>(디클로로 (1,5- 시클로 옥타디엔) - 백금 (II) &nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244937</td><td>Pt 촉매</td></tr><tr><td>PTFE 금형</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>쌀 기계 작업장에서 제작된</td></tr><tr><td>카본 블랙 나노 입자</td><td>Cabot</td><td>VULCAN&reg; &nbsp; LCE</td><td>나노 복합체</td></tr><tr><td>폴리스티렌</td><td>Sigma Aldrich</td><td>331651</td><td>선형 폴리스티렌</td></tr>의 합성에 사용되는 XC72R&nbsp;<tr><td>4,4'-diglycidyloxybiphenyl</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>참조:&nbsp; Giamberjni, M., Amendola, E. & Carfagna, C. 액정 에폭시 열경화성 수지. 분자 결정 및 액정 과학 및 기술. 섹션 A. 분자 결정 및 액정. 266 (1), 9&ndash; 22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).</td></tr><tr><td>세바신산</td><td>Sigma Aldrich</td><td>283258</td><td>에폭시-LCE 합성을 위한 C8 연결기</td></tr><tr><td>헥사데칸네디오산</td><td>Sigma Aldrich</td><td>177504</td><td>C16 에폭시-LCE 합성을 위한 C16 연결기</td></tr><tr><td>카르복시데실 말단 폴리디메틸실록산</td><td>Gelest</td><td>DMS-B12</td><td>에폭시-LCE 합성을 위한 실록산 연결기</td></tr><tr><td>1,5,7-triazabicyclo[4.4.0] dec-5-ene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>345571</td><td>가역적 LCE용 촉매</td></tr><tr><td>탄소 막대</td><td>Ladd Research&nbsp;</td><td>세포 배양 실험에 사용되는</td> <td>30250</td></tr><tr><td>의료용 실리콘 접착제</td><td>Silbione</td><td>MED ADH 4100 RTV</td>는 <td>탄소 막대를 용기에 접착하는 데 사용됩니다</td></tr></tbody></table>.

모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCEs 완전히 가역적 인 형태 변화와 의학의 잠재적 인 응용 프로그램, 조직 공학, 인공 근육, 그리고 부드러운 로봇 모양 응답 물질이다. 여기, 우리는 그들의 형상 응답의 특성, 기계적 특성 및 미세 구조와 함께 형상 응답 액정 엘라스토머 (LCEs) 및 LCE 나노 복합 재료의 제조를 보여줍니다. LCEs 두 종류 - 폴리실록산 계, 에폭시 계는 - 합성 정렬 한 특징이다. 폴리실록산 계 LCEs는 모노 도메인 LCEs 결과적으로 두 가교 단계, 하중하에 초 통해 제조된다. 폴리실록산 LCE 나노 복합 재료는 LCE의 대부분에 걸쳐 및 LCE 표면에 모두 전도성 카본 블랙 나노 입자의 첨가를 통해 제조된다. 에폭시 계 LCEs은​​ 가역적 에스테르 화 반응을 통해 제조된다. 에폭시 계 LCEs는 (160 ° C) 상승 t에서 단축 부하의 응용 프로그램을 통해 정렬emperatures. 정렬 LCEs 및 LCE 나노 복합체는 영상의 2 차원 X 선 회절 측정, 시차 주사 열량 및 동적 기계적 분석의 조합을 사용하여 가역 변형, 기계적 강도 및 액정 정렬에 대한 특징이다. LCEs 및 LCE 나노 복합 재료는 제어 가능하게 세포 배양 배지에 균주를 생성하는 열 및 / 또는 전위 자극, 그리고 우리는 사용자 정의 만든 장치를 이용하여 세포 배양을위한 형상 반응 기판으로 LCEs의 적용을 설명 할 수있다.

모노 도메인 LCEs 인해 액정 순서와 네트워크 형태의 커플 링 모양 응답입니다. 난방 LCEs 주 배향 방향을 따라 고분자 네트워크의 수축을 생성 액정 오더 파라미터의 감소 결과. 도 1a 및도 1b에 도시 된 바와 같이이 용이 열판 LCE 배치하여 가시화된다. 수축 RT 샘플의 길이를 따라 LCE 계약에서와 등방성 전이 온도 이상으로 가열에서 최대이다. 약간의 혼탁이 isotropization 온도 이하하더라도 완벽하게 정렬 LCEs 관찰하면서 샘플에서는, 등방성 전이 온도 이상의 광학적으로 투명해질 것이다. 도 1C 및 1D에 도시 된 바와 같이 LCE 나노 복합체는 또한, 가열에 의해 형상 변화를 나타낼 것이다. LCE 나노 복합체에 의해 (도시되지 않은) 핫 플레이트상에서 가열하거나 또는 수샘플에 걸쳐 전위를인가하는 단계를 포함한다. 전압이...

실록산 기반 및 에폭시 기반 액정 엘라스토머(LCE) 및 LCE 나노 복합체의 제조를 시연합니다. LCE는 가역적 변형률, 액정 순서 및 강성과 관련하여 특성화됩니다. 잠재적인 응용 분야로서, 우리는 활성 세포 배양을 위한 맞춤형 장치에서 형상 반응 기질로 사용하는 것을 보여줍니다.

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

본 절차의 전반적인 목표는 정렬된 형상 응답형 액정 엘라스토머 및 나노복합체를 제조하는 것입니다. 액정 엘라스토머는 환경 내의 자극에 반응하여 형상이 변하는 자극 응답성 재료입니다. 이러한 재료는 세포가 환경의 응력과 변형률에 반응하는 것으로 알려진 조직 공학 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다.본 시연 절차에서는 저비용 재료를 사용합니다. 우리가 제시하는 이 방법은 신뢰할 수 있으며, 고가의 특수 장비 없이도 모든 실험실에서 구현 가능합니다. 이러한 재료들은 심근세포의 분화, 성숙 및 기능에 응력과 변형이 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려하여, 심장 세포 시트 개발에 적용될 수 있습니다.이 절차는 학습하기 어려울 수 있으며, 특히 샘플을 매달고 로딩 및 가교 결합하는 과정에서 샘플이 매우 섬세하므로 시각적인 시연이 중요합니다. 따라서 본 절차의 시연은 저희 실험실과 Jeff Jaycot 실험실의 학생인 Hojin Kim, Bohan Zhu, Huiying Chen이 진행하겠습니다. 먼저, 교반 바가 들어 있는 작은 바이알에 반응성 메조젠 166.23 mg, 실록산 40 mg, 가교제 12.8 mg을 무수 톨루엔 0.6 mL와 함께 혼합하는 것으로 시작하십시오.시약이 완전히 용해될 수 있도록 용액을 35 °C에서 25분 동안 교반합니다. 별도의 바이알에 디클로로메탄을 사용하여 1 wt% 농도의 백금 촉매 용액을 준비합니다. 그런 다음, 앞서 준비한 용액에 촉매 용액 30 µL를 첨가하고 마그네틱 바를 사용하여 혼합물을 교반합니다.다음으로, 용액을 맞춤 제작된 직사각형 폴리테트라플루오로에틸렌 몰드에 붓습니다. 몰드를 유리 슬라이드로 가볍게 덮고 60 °C의 오븐에 30분 동안 넣습니다. 처음 15분 동안에는 기포를 제거하기 위해 주기적으로 몰드를 흔들어 줍니다.오븐에서 몰드를 꺼낸 후, 작은 용기에 액체 질소를 붓고 PTFE 몰드의 바닥면을 액체 질소에 2초 동안 접촉시켜 빠르게 냉각합니다. 혼합물이 냉각되면 PTFE 시트를 깔고, 금속 스패튤라를 사용하여 몰드에서 엘라스토머를 조심스럽게 분리해 시트 위에 올립니다. 그다음, 면도날을 사용하여 액체 결정 엘라스토머의 가장자리를 다듬고 길이에 따라 동일한 크기의 세 조각으로 자릅니다.각 시편을 수평 막대에 걸고 테이프를 사용하여 엘라스토머를 고정합니다. 10분 간격으로 엘라스토머 끝에 페이퍼 클립을 하나씩 추가합니다. 실온에서 7일 동안 매달아 둔 후, 길이 또는 균일성의 변화를 관찰하여 기록합니다.찢어지거나 파손된 샘플은 폐기하십시오. 전기 반응성 액정 엘라스토머 나노복합체를 준비하려면, 반응성 메조젠, 가교제 및 실록산이 포함된 반응 용액에 4.38 milligrams의 카본 블랙 나노입자를 추가하십시오. 제작 과정의 매달기 단계에서는 샘플을 고정하기 위해 클립 10개 대신 총 5개를 사용하십시오.액정 엘라스토머 표면에 카본 블랙 나노입자를 추가로 첨가합니다. 톨루엔에 카본 블랙 나노입자를 1% w/v 농도로 용해시켜 용액을 준비합니다. 탄소 나노입자를 분산시키기 위해 용액을 20분 동안 초음파 처리한 다음, 분산액을 페트리 접시에 붓습니다.그다음 액정 엘라스토머를 나노입자 분산액에 6시간 동안 담급니다. 용액에서 꺼낸 후, 피펫을 사용하여 페트리 접시에서 과잉 용액을 제거하고 엘라스토머를 공기 중에서 건조시킵니다. 표면에 남은 과잉 탄소 입자를 테이프나 면봉을 사용하여 부드럽게 닦아냅니다.가역적 에폭시 기반 액정 엘라스토머를 제조하려면, 직사각형 PTFE 몰드에 246.15 mg의 4,4'-diglycidyl diloxy biphenyl, 101 mg의 세바식산, 71.6 mg의 헥사데칸이이산 및 76 mg의 carboxydecyl 말단 PDMS를 혼합합니다. 샘플을 180 °C로 설정된 핫플레이트 위에 올려 가열합니다. 그 다음, 11.48 mg의 촉매를 첨가하고 180 °C로 예열된 금속 핀셋을 사용하여 혼합물을 교반합니다.반응으로 인해 발생하는 기포를 제거하기 위해 혼합물을 주기적으로 계속해서 저어줍니다. 혼합물을 약 20분 동안 계속 반응시킵니다. 겔화가 완료되면 PTFE 보트를 핫플레이트에서 제거하고 혼합물을 실온으로 냉각시킵니다.그런 다음 면도날을 사용하여 PTFE 몰드에서 엘라스토머를 분리합니다. 이어서 PTFE 시트 두 장을 180 °C의 폴리머 프레스에 넣습니다. 엘라스토머를 PTFE 시트 사이에 놓고 샘플을 0.3 내지 0.5 mm 두께로 압축합니다.엘라스토머를 180 °C에서 4시간 동안 계속 가열하십시오. 4시간 후, 샘플을 꺼내 실온으로 냉각하십시오. 그런 다음, 샘플을 길이 2.5 cm, 너비 0.5 cm의 직사각형 조각으로 자르십시오.가열 오븐 내부에서 폴리이미드 테이프를 사용하여 샘플의 한쪽 끝을 매답니다. 샘플의 자유단에 총 무게가 8.88 grams인 종이 클립 12개를 부착합니다. 그런 다음 오븐의 온도를 165 °C로 설정하고 샘플을 밤새 가열합니다.오븐에서 엘라스토머를 꺼내 길이 변화를 기록합니다. 다음으로, 잔류 응력을 제거하기 위해 핫플레이트 위에서 시료를 80 °C까지 가열한 후, 다시 상온으로 냉각합니다. 시료를 핫플레이트에 올리고 플레이트를 다시 120 °C까지 가열하여 가역 변형률을 측정합니다.시료를 120 °C까지 가열한 후 다시 상온으로 냉각시킨 다음, 상온에서 이미지를 촬영하십시오. 촬영된 이미지를 사용하여 각 단계에서의 시료 길이를 측정하십시오. 열역학적 측정의 경우, 면도날을 사용하여 시료를 2 cm × 0.3 cm 크기로 수동으로 절단하고, 인장 클램프 사이에 하나씩 조심스럽게 고정하십시오.먼저 유격을 제거하기 위해 샘플에 1 mN의 힘을 가합니다. 그 다음, 샘플을 30 °C에서 열적 평형 상태로 만든 후 가열 및 냉각 사이클을 수행합니다. 샘플을 30 °C에서 120 °C까지 분당 5 °C의 속도로 가열합니다.온도 변화에 따른 샘플의 길이와 너비 변화를 기록하십시오. 액정 엘라스토머 나노복합재의 한쪽 표면을 산소 플라즈마로 30초 동안 처리합니다. 그 다음, 플라즈마로 세척된 표면 위에 톨루엔에 용해된 1% weight per volume 폴리스티렌 용액 300 µL를 3,300 rpm에서 1분 동안 스핀 캐스팅합니다.톨루엔을 제거하기 위해 엘라스토머를 진공 상태에서 12시간 동안 건조합니다. 그 다음, 산소 플라즈마를 사용하여 LCE 나노복합체의 폴리스티렌 코팅 표면을 30초 동안 처리합니다. 플라즈마 처리된 엘라스토머 나노복합체를 70% 에탄올에서 30분 동안 멸균합니다.그런 다음 인산염 완충 식염수로 세척합니다. 세척된 엘라스토머 나노복합체를 폴리스티렌 코팅면이 위로 향하도록 건조한 페트리 접시에 옮깁니다. 다음으로, 접시에 5 mL의 type one collagen 용액을 넣고 샘플을 collagen 용액에 담가 표면 전체를 코팅합니다.그런 다음, 샘플을 덮고 37 °C, 5% CO₂ 조건에서 최소 30분 동안 배양합니다. 분리된 신생 쥐 심실 심근세포를 cm²당 100,000~600,000개의 밀도로 기판 위에 분주합니다. 세포는 함께 제공된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 배양합니다.세포가 단단히 부착되면, 시딩된 액정 엘라스토머 나노복합체를 맞춤 제작된 3D 프린팅 용기로 옮깁니다. 다음으로, 3D 용기의 노치 사이로 직사각형 플라스틱 조각을 삽입하여 액정 엘라스토머의 한쪽 끝 또는 양쪽 끝을 고정합니다. 샘플을 탄소 막대 위에 걸쳐 놓고 한쪽 끝을 고정하여 전기적 접촉이 잘 이루어지도록 합니다.용기에 세포 배양 유지 배지가 채워져 있고, 전원에 연결된 평행 전도성 탄소 막대가 장착되어 있는지 확인하십시오. 액정 엘라스토머에 40 volt A/C 전위로 전기 자극을 가하며, 5초 간격의 온/오프 시간을 설정하여 총 24시간 동안 수행합니다. 액정 엘라스토머는 실온에서 네마틱-등방성 전이 온도(약 80 degrees Celsius) 이상으로 가열될 때 가역적으로 수축 및 신장합니다.동적 기계 분석(Dynamic mechanical analysis)은 온도에 따른 액정 엘라스토머의 형상 변화를 정량적으로 측정하여 제공합니다. 여기에 표시된 그래프의 샘플은 4회 주기로 가열 및 냉각되었습니다. 가열되면, 샘플은 제작 과정 중에 매달려 있었던 방향으로 약 35% 수축합니다.샘플은 수직 방향으로도 25~30% 팽창합니다. 액정 엘라스토머 나노복합체는 전위가 인가되면 수축합니다. 40 V A/C에 노출되었을 때, 액정 엘라스토머 나노복합체는 제작 과정 중 매달려 있던 방향으로 약 22 1/2% 짧아집니다.여기에서는 샘플을 15초 간격의 온-오프 사이클에 노출시켰습니다. 따라서 절차에 숙달되면 2시간 이내에 완료할 수 있으며, 샘플을 매단 후 일주일이 지나면 전체 합성이 완료됩니다. 이 절차를 수행할 때, LC를 정확한 무게로 매다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.그렇지 않으면 샘플이 제대로 정렬되지 않거나 제작 과정 중에 파손될 수 있습니다. 이 절차를 따르면 탄소 나노튜브와 같은 다른 종류의 첨가제를 LCE에 추가하여 어떤 자극 반응을 보이는지 파악할 수 있습니다. 본 연구가 생물학자와 바이오 엔지니어들이 반응성 기질을 형성하여 세포 성장, 세포 정렬 및 세포 행동에 미치는 응력과 변형의 영향을 조사하는 길을 열어주기를 기대합니다.이 영상을 시청하고 나면, 정렬되어 있으며 형상 응답성을 갖는 액정 엘라스토머 및 액정 엘라스토머 나노복합체를 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

preparation-monodomain-liquid-crystal-elastomers-liquid-crystal

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

신규 방법론은 합성 및 프로그램 주쇄 액정 엘라스토머 시판 출발 단량체를 사용하기 위해 제시된다. 작동 성능은 프로그래밍 동안인가 변형량에 의존하면서 열 기계적 특성은 넓은 범위, 가교제의 양을 조절하여 맞춤되었다.

이단 티올 레이트 반응을 이용하여 프로그래밍 주쇄 액정 엘라스토머의 합성

본 연구는 3D, 생체 측쇄 액정 엘라스토머 (LCEs)에 기초한 생분해 성 발포 셀 형상 지지체를 제조하는 방법을 제공한다. 공 초점 현미경 실험은 거품 같은 LCEs가 세포 부착, 증식 및 C2C12s의 근육 모세포의 자연 정렬 할 수 있음을 보여준다.

3D 공간 세포 배양을위한 세포 발판으로 생체 적합성 액정 엘라스토머 거품의 합성

프로토콜의 목표는 지속적인 빛 조사에서 기계적으로 진동 수 액체 크리스탈 중합체 필름을 만드는 것입니다. 우리가 훌륭한 세부 사항에서 무료 서 영화, 사진-개폐를 액정 정렬 방법의 개념을 설명합니다. 이 자료 준비에 적용 실험 프로토콜은 광범위 하 게 적용 됩니다.

빛에 의해 유도 된 거시적인 진동 모션 액정 네트워크의 준비

여기, 우리는 photoexcited 분자는 열에서 주위 지역 구조의 변형의 관측 시간 해결 적외선 진동 분광학 및 전자 회절의 차동 감지 분석 프로토콜 제시 액체 크리스탈, 구조와이 광 물질의 역학 관계에 원자 관점 주는.

Photoresponsive 액정의 구조 역학을 관찰을 위한 새로운 기술

이 문서는 미세 프로세스 및 액체 결정 탄성 체에서 움직이는 입자를 준비 하는 매개 변수를 설명 합니다. 이 프로세스 작동의 크기 뿐만 아니라 움직이는 입자 및 그들의 크기와 모양 (prolate 강하게에 팽창이 코어-쉘, 야누스 형태학)에서 유사의 준비를 수 있습니다.

액체 결정 탄성 액츄에이터의 미세 준비

Plasmonic 핀셋 및 광자 크리스탈 nanostructures는 광학 트래핑 마이크로 및 나노 입자의 효율성과 방향 제어에 유용 향상을 생산하기 위해 표시됩니다.

향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

이 프로토콜은 세포에서 유리 및 에스테르화된 생체 활성 지방산의 추출 및 분석을 보여줍니다. 지방산은 안정 동위원소 희석, 키랄 액체 크로마토그래피, 전자 포획, 대기 화학 이온화, 다중 반응 모니터링 질량 분석법(SID-LC-ECAPCI-MRM/MS)을 사용하여 정확하게 정량화됩니다.

타겟 안정 동위 원소 희석 액체 크로마 토그래피 - 질량 분광법 분석을위한 세포 지질 추출

여기서는 투과 전자 현미경을 이용하여 나노미터 해상도로 액체에 바이러스 성 복합체를 이미지화하는 절차를 설명합니다.

시투에서 액체에 있는 생물학 어셈블리의 TEM

우리는 액체 분사 장치로 금형 설계 및 개질 데시위한 융착 모델링 3D 프린터를 사용하여 저가 및 액체 엘라스토머 고무 사출 성형 장치의 쾌속 조형을위한 방법을 고안했다.

액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

여기서 우리는 생물학적 조건하에 액체 배지에서 신규 한 고 종횡비 biocomposites를 합성 프로토콜을 제시한다. biocomposites 각각의 직경 및 길이에서 마이크로 나노 미터 스케일. 시스틴 결합 구리 나노 입자 (CNPS) 및 황산구리는 합성 용 핵심 부품이다.

생물 액체 배지에서 확장 성, 금속 높은 가로 세로 비율 나노 복합 재료의 생성

배우세요 액정 탄성체 및 나노 복합 재료 제조 방법을 저비용 실험실 환경에서. 이 기술은 조직 공학 및 심근 세포 배양을 위한 형태 반응성 기판 개발에 활용됩니다.

모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

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